涡轮叶片内部冷却结构的优化设计有助于提高冷气利用率和冷却效果,对于提高涡轮前进口温度并进而提高发动机效率具有重要意义。本文以典型的涡轮叶片双层壁冷却结构为研究对象,并以此为基础,设计了一系列新型空气/煤油双层壁冷却结构,并通过数值模拟方法研究了新型双层壁结构的换热特性,又进一步研究了煤油管道进口边界条件对冷却效果的影响,为工程设计提供了思路和参考。本文首先介绍了数值计算方法,并对其适用性进行了验证。接着对典型双层壁冷却单元开展了数值计算,获得了双层壁内部的流动特征和双层壁壁面的换热情况分布规律,并就双层壁内部的流场结构及流动特性对换热特性的影响展开了分析。在此基础上,本文进一步研究了主流进口温度(T=1000K、1073K、1200K、1500K)和主流进口压力(P=0.5MPa、0.75MPa、1MPa、1.5MPa)对于双层壁换热特性的影响规律。研究中发现,双层壁中冷气的对流换热、扰流柱的导热以及漩涡的强化换热共同影响着双层壁结构换热特性。增加主流进口压力会降低双层壁腔内进出口的净压差,使腔内漩涡的涡量减小,对漩涡的强化换热起到了不利影响,并因此降低冷却效率。当主流进口压力较低时,增加主流进口温度会使双层壁上下侧壁面温差增大,促进了扰流柱的导热作用,因此会一定程度的提高冷却效率;当主流进口压力较高时,主流进口温度的增加对冷却效率的影响不大。随后,本文在典型双层壁冷却结构的基础上引入煤油微细管道建立了新型空气/煤油综合传热双层壁冷却结构模型,共设计了6种不同管道数量(n=3-8)及直径(d_o=0.43-0.7mm)的新型双层壁冷却单元,研究了不同煤油管道布置下新型双层壁冷却单元的换热特性。研究中发现,煤油管道的引入可以有效降低典型双层壁结构壁面的温度,增加煤油管道的数量可以极大增强航空煤油的冷却效果,无煤油管道的典型双层壁结构的整体平均温度为681K,加入煤油管道后可以实现72-130K的整体温降。在本文研究的结构中,管道数量从3个增加到5个时,煤油管道形成的低温区域面积一直不断增大,因此煤油工况冷却效率提升明显;当管道数量达到5个以后低温区域覆盖的面积基本不再扩大,继续增加管道数量仅会使低温区域的温度略有下降,因此冷却效率的提升并不大。接着,本文进一步研究了航空煤油进口流量(?=10 g/s、20 g/s、30 g/s、40 g/s)和管道进出口压比(ε=1.29、1.334、1.393、1.463、1.636)对于新型双层壁结构换热特性的影响规律。研究中发现,增加煤油进口流量可以一定程度上提升壁面的冷却效率,当进口流量超过某个临界值对双层壁结构整体的冷却效率提升并不大;当进口流量低于这个临界值煤油管道可能会因为局部温度过高而发生氧化结焦反应,产生不利影响。煤油管道进出口压比对于双层壁的换热影响十分有限,双层壁壁面的冷却效率仅会产生不到1%的变化,在设计工况时可将进出口压比作为一个次要的设计因素。